Relativitáselmélet

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Az E=mc^2 összefüggés és Einstein egy 1979-es szovjet bélyegen

Albert Einstein relativitáselmélete a fizika egyik részterülete, mely a klasszikus mechanika általánosítása. Részterületei az általános relativitáselmélet és a speciális relativitáselmélet. Az előbbi magában határesetként foglalja az utóbbit. Albert Einstein dolgozta ki mindkettőt. Az alapja mindkettőnek az, hogy két egymáshoz képest mozgó megfigyelő két esemény között eltérő idő- és távolságnagyságot mér, mégis a fizikai törvények tartalmának azonosnak kell lennie.

„Merészségében felülmúl mindent, amit eddig ember alkotott. Ez az elmélet olyan gyökeresen alakította fizikai felfogásunkat, mint amilyen mély változást okozott a világegyetemről alkotott nézeteinkben annak felismerése, hogy a Föld nem a világmindenség középpontja.” Max Planck

Speciális relativitáselmélet[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az 1905-ben kiadott speciális relativitáselmélet csak azokkal a megfigyelőkkel foglalkozik, akik egymáshoz képest egyenletesen mozgó speciális rendszerben, úgynevezett inerciarendszerben helyezkednek el. Einstein írása, amely akkor megjelent: „A mozgó testek elektrodinamikájáról” címet viselte, később kapta az elmélet a speciális relativitáselmélet nevet. A relativitást ez az írás az idő, a tér, a tömeg és az energia elméleteként vezeti be. Az elmélet felteszi, hogy a fénysebesség vákuumban ugyanaz minden megfigyelő számára. A speciális relativitáselmélet megoldja a problémát, mely a Michelson–Morley-kísérlet óta áll fenn, mivel nem sikerült kimutatni, hogy a fény valamilyen közegben (éterben) mozogna (minden egyéb hullám közegben mozog, például vízben vagy levegőben). Megoldja a klasszikus mechanika és a Maxwell-elmélet közötti ellentmondást is: az első szerint a fénnyel szemben haladva nagyobbnak kell mérnem a sebességét, a második szerint ugyanakkora minden rendszerben. Az elmélet rögzítette, hogy nincs ilyen közeg: a fénysebesség minden megfigyelő számára állandó, nem függ a megfigyelő mozgásától. A newtoni mechanikában ez nem lehetséges, így Einsteinnek egy új rendszert kellett kidolgoznia.

Egyik következménye a hosszúság-kontrakció, melynek értelmében egy nyugvó rendszerben l hosszúságú test egy mozgó koordináta-rendszerben megrövidül, hosszúsága az eredeti hosszúság \sqrt{1 - \frac{v^{2}}{c^{2}}}-szorosa lesz. Ez a jelenség hosszúságmérő eszközökkel nem bizonyítható, mivel azok is hosszúság-kontrakciót szenvednek.

Egy másik következmény az idődilatáció, mely szerint egy nyugvó rendszerben Δt idő alatt lejátszódó esemény egy mozgó koordináta-rendszerben hosszabb ideig tart:

\frac{\Delta t}{\sqrt{1 - \frac{v^{2}}{c^{2}}}}

Az idődilatáció és a hosszúság-kontrakció egymásból következő fogalom, a kísérleti bizonyítékok csak a kettő együttes feltevése esetén állják meg a helyüket. A legismertebb bizonyíték a kozmikus müonok bomlása. E szerint a természetben nyugalmi rendszerben 2·10−6 másodperc bomlásidejű müonok, amelyek a sztratoszférában keletkeznek, megfigyelhetőek a földfelszínen, mivel azok koordináta-rendszerében „lassabban telik az idő”, illetve „rövidebb távolságot kell megtenni”, így képes a mintegy 30 km-es útján végigmenni, és leérkezni a Föld felszínére.

Általános relativitáselmélet[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az általános relativitáselméletet Einstein 1916-ban publikálta (1915. november 25-én előadássorozatban adta elő a Porosz Tudományos Akadémián). Megemlítendő, hogy a kovariáns egyenleteket Einstein előtt már David Hilbert felírta és publikálta, mégsem vádolhatjuk Einsteint utánzással. Inkább arról van szó, hogy ők ketten együtt alkották meg az általános relativitáselméletet. Az elmélet bevezet egy egyenletet, amely helyettesíti a Newtoni gravitációt. Ez felhasználja a matematikából a differenciálgeometriát és a tenzorokat, hogy leírja a gravitációt.

Ez az elmélet minden megfigyelőt egyenértékűnek tekint, nem csak azokat, akik egyenletes sebességgel mozognak. Az általános relativitás érvényes azokra is, akik egymáshoz képest gyorsulva mozognak. Ebben az elméletben a gravitáció nem egy erő többé (amilyen Newton gravitációelméletében volt), hanem a tér-idő görbületének következménye. Az általános relativitáselmélet egy geometriai elmélet, mely szerint a tömeg és az energia (pontosabban az energia-impulzus tenzor) „meggörbíti” a téridőt, és a görbület hatással van a szabad részecskék mozgására, sőt még a fényére is. Az elmélet felhasználható a Világegyetem fejlődésével kapcsolatos modellek felállítására, és így a kozmológia alapvető eszköze. Ez az elmélet jelenti az alapját a kozmológia standard modelljének, és ez ad eszközt ahhoz, hogy megértsük a Világegyetem tulajdonságait, azokat a tulajdonságokat, amelyeket csak jóval Einstein halála után fedeztek fel.

Konkurens elmélet: a Lorentz-elv[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A speciális relativitás-elmélettel lényegében egy időben jelent meg a Lorentz-elv, amely az Einstein-féle speciális relativitás-elmélettel matematikailag teljesen ekvivalens, filozófiai szempontból ugyanazon formalizmus más interpretációját adja. A fő különbség, hogy Lorentz szerint minden test gyorsítás következményeképp valódi, fizikai deformációt szenved, így méterrúdjaink is. A fény sebessége csak egyetlen kitüntetett vonatkoztatási rendszerben izotróp, de minden más rendszerben is annak tűnik a kontrakció és idődilatáció kompenzáló hatásai miatt. Empirikusan nem lehet különbséget tenni a két elmélet között, bizonyos szempontból, a newtoni fizikán nevelkedett agy számára természetesebb a Lorentz-elv, például nem kell feladni az egyidejűség elvét, a fény sebessége valóban változik a vonatkoztatási rendszertől függően. A Lorentz-elvvel szemben az Einstein-féle felfogás terjedt el és vált elfogadottá, mivel a tudomány két ekvivalens elmélet közül a kevesebb és egyszerűbb alapfeltevésből kiindulót preferálja (Occam borotvája). Einstein elméletének nincs szüksége az éter fogalmára, és a Lorentz-transzformáció képleteit általánosabb elvekből levezeti, és nem posztulálja.

Az elméletet Jánossy Lajos fejlesztette tovább, aki filozófiai, világnézeti alapból preferálta a Lorentz-féle nézetet az einsteini szemlélettel szemben.[1]

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Relativitáselmélet témájú médiaállományokat.

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Magyar nyelvű könyvek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Magyar nyelvű cikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ismeretterjesztő jellegű cikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Más nyelven[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A megfelelő angol és más nyelvű oldalon rengeteg hivatkozás található

Animációk, szimulációk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]